Электрический датчик для измерения распределения влажности почвы по глубине Советский патент 1977 года по МПК G01N27/22 

рый обладал бы более высокой точностью локальных измерений.

Эта «ель достигается тем, что датчик согласно изобретению выполнен в виде наборе соосно расположен{1ых идентичных ЦИ

линдрических электродов, разделенных диэлектриком, причем

г

10 fb

где I длина цилиндрического электрода;

УО - его внешний радиус.

На фиг,; 1 изображен предлагаемый датчик, разрез; на фиг, 2 - упрошенная алект рЙческая схема датчика.

Датчик включает стержень 1 с конической насадкой 2, щрающий роль крепежнш о элемента, цилиндрические электроды 3, диэлектрические шайбы 4 с отверстиями 5 для злектрическс«го соединения с измерительной схемой, рукоятку 6 , изоляционное покрытие 7, переключатель 8,

Датчик работает следующим образом,

С помощью переключателя 8 в колебательный контур основного генератора включается конденсатор, образованный двумя соседними цилиндрическими электродами датчика. Благодаря указанному подбору геометрических размеров электродов попе такого конденсатора оказывается локализованным в горизонтальной плоскости, нроходяшей через диэлектрическую шайбу, разделяющую два данных соседних цилиндра.

Изменение влая ности почвы-вызывает изменение ее эффективной диэоектрической проницаемости, что приводит к пропорциональному изменению емкости .конденсатора. Этот процесс в свою очередь вызывает расстройку контура и появление биений при сложении колебаний данного контура с колебаниями контура гетеродинав Далее проводят расстройку эталонного конденсатораi контура гетеродина до устранения биений и по величине расстройки эталонного конденсатора определяют величину изменения влажности

Электрическая схема датчика, привадеtjная на фиг. 2, поясняет принцип его работы Датчик включен в контур ВЧ-генератора, диапазон которого характеризуется малыми диапектрическими потерями для почвы. На датчик подается электромагнитный сигнал высокой частоты.

Диэлектрическое покрытие цилиндрических электродов позволяет снизить эффект проводимос.ти и увеличить чисто емкостный эффектв

Схема работает по методу намерения частоты биений Датчик подключается параллешио перестраиваемому этапо 1ному копдонса тору.,Переключатель 1}0звопяе-г под1и,ючать

к контуру генератора любую пару цилиндр1ьческих электродов, что дает возможность н мерять j и Cji соответственно в горизонтальных плоскостях I и Г{.

Минимальная связь между соседнит ластями, т.е. пространственное разделение измерйемых значений влажности почвы (диалектрической проницаемости) достигается путем соответствующего выбора геометрических размеров цилиндрических электродов. Для расчета взаимного влияния отдельных конденсаторов, образованных двумя попарно расположенными цилиндрами, рассмот РИМ поля, создаваемые рассматриваемыми электродами. Потенциал в любой точке М ( Z , г ) определится выражением

dq

dф

ifjifif

Здесь dc|- эквивалентный точечный заряд р - радиус-вектор рассматриваемой точки.

Полный потенциал, создаваемый в рассмат риваемой точке двумя цилиндоами {I и II), после интегрирования по всей поверхности, на которой сосредоточены заряды, будет иметь вид:

. Для перехода к напряженностям поля воспользуемся соотношением Е -grodi(f ,

В рассматриваемом нами приближении (цилиндрические электроды рассматриваются

как точечные заряды) точность полученных соотнощений возрастает с увеличением jj . Одновременно с этим меняется структура поля.; Действительно, так как , то на значительном расстоянии будет существовать

только одна компонента поля EZ

Взаимное влияние двух соседних конденсаторов будем рассматривать как отношение поля Ejj , создаваемого одним конденсатором, и поля Ezj , создаваемого в этой

же точке соседним конденсатором. Если иметь в виду, что нас интересует случай слабого взаимного влияния конденсаторов, то указанное соотношение имеет смысл рассматривать Б приближении (у JM f|fj (

Если обозначить отнощение 1-г х , то влияние соседних электродов, выраженное че рез соотношение i , будет функцией

двух параметров X и .

о

Зададим величину взаимного влияния: пусть -|г2Х 0,ОЗ, т.е. измерение в данном горизонтальном слое проводится с точностью не хуже 3%, Получим в этом случае квадратное уравнение относительно х при выбпа1 ном как параметре,, Это уравнение при выбранной точности будет иметь вид:

0.03 X

0,02 2х+ад,„ 4х+ чм

Для каждого значения заданной точности можно получить свое уравнение, связывающее рассматриваемые параметры.

Естественно, что дгхя локализации поля необходимо, чтобы d«t .Таким образом, если считать удовлетворительной точность 3-5%, то |выбранныеразмеры датчика оказываются связанными соотношением

о

Расчет отдельной ячейки при -р 10 и

при измерении диэлектрической проницаемости почвы в пределах Е, 5-20 дает значение емкости в пределах от 100 до .

Так как современные методы измерения емкости по изменению ухода частоты, поэвопиют уверенно измерять емкость порядка 1 пкф, то точность измерения влажности

почвы в точке .может быть обеспечена в праделах; 1%. SYD.B 7-8 раз превышает точность измерения влажности с помошью плоо кях ячеек с кольцевыми или ленточными 5 электродами.

Таким образом, предложенная конструкция датчика позволяет измерить распределение влажности по глубине с любым интервалом с точностью до 1%, 10 Формула изобретения

Электрический датчик для измерения раопределения влажности почвы по глубине, состоящий из набега металлических электродов, разделенных диэлектриком, и измерительной 15 схемы, отличающийся -тем, что, с целью повышения точности локальных иэмерений, он выполнен в виде набора соосно расположенных идентичш 1х цилиндрических электродов, разделенных диэлектриком, при21 чем

J

ю

П)

где t - длина цилиндрического электрода, а То - его внешний радиус,,

PUB.1

PU2.2